血管内皮细胞的病理生理学（0421）课件

血管内皮细胞的功能 概述 血管内皮细胞 vascularendothelialcells VEC 功能复杂而重要 各种因素使VEC功能异常或损伤 常是原发或继发性心血管病变及器官功能发生障碍的重要原因 VEC的基本功能 VEC附着在以纤维连接蛋白 fibronectin FN 为主要成分的基底膜上形成血管壁与血液的界面 血管系统各部位VEC的形态 大小 细胞间连接紧密度 生化特点和功能不尽相同 屏障和物质转运 物质代谢 止血和抗栓功能 调节血管舒缩活性 参与免疫和细胞反应 VEC的绝大多数功能是与它能产生 释放 活化多种不同作用的生物活性物质 以及能调节各种活性物质的功能相关联的 一 屏障和物质转运作用 毛细血管由单层EC构成 中介血液与组织细胞的物质交换 1 毛细血管内皮细胞的分类 1 连续内皮 见于皮肤 骨骼肌 平滑肌 心肌和肺等 细胞间裂隙小 允许水 离子 比血浆蛋白分子小的其他溶质通过 水和脂溶性的O2 CO2可经细胞膜和胞浆通透 也可经吞饮囊泡转运物质 2 有孔内皮细胞 存在于胃肠粘膜 腺体 肾小球和肾小管周围的毛细血管 细胞厚度薄 且有小孔 小孔外仍有基膜 对水和小的溶质通透性较高 1 毛细血管内皮细胞的分类 4 紧密连接内皮细胞 分布于中枢神经系统 血脑屏障 和视网膜 细胞较高大 细胞连接紧密 胞内少有吞饮囊泡 一般只允许水和脂溶性物质通过 离子 葡萄糖或氨基酸需经载体转运 3 非连续内皮细胞 存在于肝 骨髓和脾血窦 细胞间的间隙宽达1 m 2 滤过与重吸收 低分子可溶性物质随水移动进行物质交换 滤过和重吸收的决定因素是有效滤过压 其大小等于血浆静水压 血压 细胞间液胶体渗透压 血浆胶体渗透压 细胞间液静水压 主要影响因素是血管内平均血压和血浆胶体渗透压 2 物质交换 血液经毛细血管壁与细胞间液进行物质交换的方式有扩散 滤过与重吸收 吞饮三种 1 扩散 是主要的物质交换方式 物质以分子热运动扩散 交换方向和速率与物质分子大小及血管壁两侧浓度差的大小有关 非脂溶性物质经细胞间隙 脂溶性物质经细胞扩散 3 吞饮 较大的分子如血浆蛋白质 可经内皮细胞血液一侧的膜形成吞饮囊泡 被运送到另一侧 再经胞吐作用向细胞外排出 二 物质代谢 VEC的物质代谢高度复杂 包括蛋白质 脂质和醣类代谢 生物活性物质分泌 活化 转化 灭活 对有害物质的清除 2 生物活性物质的分泌 活化 转化和灭活及对有害物质的清除作用 1 蛋白质 脂质和醣类的代谢 结缔组织成分 蛋白和醣类 胶原 FN 凝血酶敏感蛋白 TSP 与蛋白酶类 多糖类物质 硫酸软骨素和类肝素 膜上受体和多种肽类活性物质 膜上脂蛋白酯酶降解甘油三酯 LDL受体 HDL与乙酰LDL受体分别参与脂质代谢 产生NO和内皮素 ET 血管紧张素转换酶的作用 膜上的凝血酶调节蛋白 TM 分泌vW因子 vWF 肝素类物质 抗凝血酶III ATIII t PA和PAI等 超氧化物歧化酶 SOD 能灭活超氧阴离子 单胺氧化酶对儿茶酚胺类起代谢作用 三 VEC的抗栓和止血功能 血管内皮细胞对凝血与抗凝血平衡的调节作用 VEC抗栓和止血 促栓 功能的主要表现 VEC的抗栓作用 正常VEC主要表现为具有强大的抗凝作用 VEC的促栓作用 正常VEC能分泌释放vWF 其结构的多聚化程度直接影响FVIII促凝活性 它又是血小板粘附于内皮下以及血小板粘附延伸的主要粘附分子 VEC膜表面的vWF可吸附FVIII 在受刺激或损伤时 VEC的抗栓作用明显降低 且出现各种有利止血或血栓形成的作用 TM 99 TM以跨膜形式存在于毛细血管的VEC膜上 中枢神经系统除外 血小板也少量存在TM 血清中有微量TM 可能是膜上TM的各种水解片段 蛋白酶连接抑制素I 蛋白酶连接抑制素I在VEC膜上可与凝血酶形成复合物 粘多糖物质 VEC表面存在硫酸乙酰肝素 HS 和少量硫酸软骨素B 皮肤素 DS B 细胞外基质中有硫酸软骨素 DS B和HS VEC表面的HS通过大量吸附TFPI和ATIII对凝血功能起调节作用 HC II与DS结合 其中和凝血酶的速度可提高50 100倍 TFPI TFPI曾被称为脂质相关凝血抑制物 LACI 和外源凝血途径抑制物 EPI 它主要由肝脏和VEC产生 是MW为40000和30000的两种单链蛋白质 存在于血浆吸附于VEC表面 也存在于血小板的 颗粒内 ATIII VEC负电表面使之不与血小板 白细胞等接触 防止细胞间发生反应 1 VEC的表面负电性 2 VEC的抗凝作用和促进纤溶活性的功能 1 VEC生成抗凝血酶的物质 VEC的抗栓功能 VEC膜上有大量HMW K受体 在生理浓度Ca2 及Zn2 存在条件下与激肽原结合 能有效地激活PK生成KK 使前尿激酶 pro UK scu PA 转化为tcu PA 其活性明显增高 另外也能阻断凝血酶诱导的血小板聚集 在KK激活激肽原生成BK时可刺激VEC释放t PA和合成PGI2 VEC能合成 分泌t PA和u PA 即尿激酶 t PA是循环血液中抗血栓形成最重要的一种纤溶系统的激活物 只有当纤溶酶原 PLg 和t PA集合在VEC表面时使纤溶活性的增高更加有效 VEC上的两歧性annexin 可经结合PLg和t PA增强局部纤溶功能 2 VEC的抗凝作用和促进纤溶活性的功能 2 VEC促进纤溶活性的功能 VEC的抗栓功能 NO和PGI2具有强大的抑制血小板活化的作用 在高浓度和高切变率条件下PGI2抑制血小板粘附的作用最强 体内少量NO和PGI2能协同地抑制血小板的粘附和聚集 VEC生成的6 酮 PGE1 6 O PGE1 和13羟十八碳二烯酸 13 HODE 也能抑制血小板激活 VEC膜上表达的ADP酶活性也有助于抑制血小板的活化和聚集 3 生成和释放抑制血小板粘附和聚集的物质 VEC的抗栓功能 VEC能生成和释放内皮衍生松弛因子 EDRF 化学本质为NO 前列环素 PGI2 等舒张血管的因子 一定程度的血管舒张是抗血栓形成和防止血栓阻断血流的主要因素 4 生成和释放使血管舒张的物质 VEC的抗栓功能 1 正常VEC的抗栓作用 HS T内吞 TM 细胞表面负电荷 正常内皮细胞的抗栓作用 a a T TF a a TEPI Thrombin T 因子 分解 血小板 抗血小板聚集 PC t PA u PA PGI2 APC PAI AT collagen 1 产生抗凝物质 TFPI AT 肝素样物质 2 MG 1 产生抗凝物质 2 膜上吸附大量抗凝物质 2 膜上吸附大量抗凝物质 3 膜上表达TM 抑制凝血酶的作用 使PC激活 3 膜上表达TM 4 具有强大的纤溶功能 释放PA多于PAI 膜上有激肽原受体 4 具有强大的纤溶功能 5 抑制血小板活化和聚集 产生和释放PAI2等多种物质 膜上结合激肽原 产生TF 过度生成PAI 产生内皮素 ET 使平滑肌收缩 血管收缩 在生理情况下有利于止血作用等 VEC的某些止血功能在一定病理条件下可成为促进血栓形成和 或 加剧微循环障碍的因素 VEC的促栓 止血 功能是通过所分泌的性质与功能不同的各类蛋白质实现的 VEC分泌粘附蛋白和某些基质成分蛋白质 维持血管壁的完整性 但可介导VEC与其它细胞的相互作用 vWF可促进血小板粘附 聚集 经一定刺激产生血小板活化因子 PAF 激活血小板 VEC的促栓功能 2 病理条件下VEC的促栓作用 1 VEC损伤 脱落 局部形成血小板血栓 2 表达粘附分子 ICAM 1 VCAM 1 促进与白细胞间的反应 引起TF大量表达 分泌FN VN 经Fbg引起血小板等细胞的粘附 3 表达F a F a的结合位点 也可表达FV或F 分泌vWF 增强FV 作用 PGI2产生减少 结果使血小板粘附 聚集和易于活化 促进凝血反应 4 分泌较多PAI 使纤溶功能降低 5 正常VEC的各种抗栓功能降低 纤维蛋白形成 Thrombin T TNF IL 1 PAF TF VIIa 病理条件下内皮细胞的促栓作用 凝血活化 血小板活化 血小板粘附聚集 PAI t PA TFvWF ET collagen TXA2 PGI2 FN FN VN 白细胞 这类成分种类繁多 大多为一些超家族成员 如整合素 Ig基因家族 选择素等 此外尚有CD9 CD13 CD34 CD41 CD44 CD46 CD47 CD49b CD55 CD71 MHC 1 钙粘素和GPIV 其中某些粘附分子是其它粘附蛋白分子的受体 TSP是一种由三个相同的亚基以二硫键连接构成的相对分子质量为450000的糖蛋白 体外培养时成纤维细胞 VEC和平滑肌细胞都能产生和分泌TSP 血小板的TSP存在于 颗粒中 在激活时释放出来 而VEC产生的TSP在结构上与血小板的TSP有一些不同 TSP是一种具有较广泛粘附性的分子 它与FN相互结合 并可结合于V型胶原 Fbg和Fbn TSP和FN对VEC粘附在细胞外基质具有支撑作用 TSP与血小板表面的GPIIIb Fbg或GPIIIa与VN受体 V 3 的 链构成的复合物等结合 参与血小板的聚集 1 VEC产生的粘附蛋白和其它基质成分 1 VEC之间和VEC表面的粘附蛋白 VEC的促栓功能 2 凝血酶敏感蛋白 3 其它基质成分 包括III IV V和VIII型胶原 弹性蛋白 LN FN和VN等 在这些分子中 某些成分如层素能调节VEC粘附 促进细胞生长和维持细胞分化 FN作为基质成分与层素 胶原 蛋白多糖相互结合构成基质网 能促进VEC的粘附和生长 FN的片段则对VEC的生长有抑制作用 血小板上的FN受体与内皮下的FN结合也是血小板发生粘附的机制之一 VN有与FN相类似的作用 PAF是一种脂质代谢产物 具有很强的血小板诱聚作用 TNF IL 1 凝血酶 白三烯 AGTII 组胺等多种因素能刺激VEC产生PAF PGI2则抑制PAF的形成 除VEC外 单核细胞 肺巨噬细胞 各种粒细胞和血小板也能在凝血酶和胶原刺激下产生PAF PAF能作用于VEC 单核细胞和中性粒细胞产生和释放TF 促发凝血反应和促进血栓形成 也能引起单核细胞 中性粒细胞的聚集与粘附 增强细胞的趋化性和释放各种炎性因子 能使平滑肌收缩和增强血管的通透性 2 VEC产生的促血小板聚集和活化的物质 1 vWF VEC的促栓功能 2 PAF VEC在接触内毒素和凝血酶酶后TF活性明显增高 干扰素 IFN TNF IL 1 免疫复合物 缺氧以及洗涤的血小板 巨噬细胞 中性粒细胞和淋巴细胞都可刺激TF活性 VEC机械性受损能分泌表达FV VEC膜上有结合FIXa和Xa的位点 VEC含有钙依赖的组织型转谷氨酰胺酶 能使纤维蛋白交叉连接与VEC促凝作用相关的尚包括PF4结合活性 分泌胶原 TSP 能间接地结合Fbg和Fbn等 3 VEC的促凝作用和抑制纤溶功能 1 VEC的促凝作用 VEC的促栓功能 2 VEC抑制纤溶的功能 VEC能合成 分泌PAI 1 PAI 2 u PA和t PA 在VEC功能受损时PAI 1产生增多 明显抑制纤溶功能 客观上起有利于血栓形成的作用 如组胺 凝血酶和切变应力增高能刺激人VEC释放u PA和t PA TNF IL 1 维生素E 生育酚 可抑制t PA释放 TNF IL 1 凝血酶 内毒素和类固醇能刺激PAI 1的合成 缺氧时VEC的PAI释放增加而PA则减少 1 VEC产生的粘附蛋白和其它基质成分 2 VEC产生的促血小板聚集和活化的物质 3 VEC的促凝作用和抑制纤溶功能 VEC的促栓功能 4 VEC产生的缩血管物质VEC能产生有强烈缩血管作用的ET和其它内皮依赖的缩血管物质 小结 四 调节血管舒缩活性 血管内皮能产生和释放多种收缩因子和舒张因子 对调节血管正常的舒缩活性有重要的生理意义 在一定病理条件下 内皮源性收缩与舒张因子量和 或 它们的活性发生异常变化 引起血管舒缩功能失调 是某些心血管疾病发生发展的重要病理基础 也可能成为机体止血功能障碍或发生血栓形成倾向的机制之一 内皮源性血管收缩因子 EDCF 1 内皮素 ET是VEC产生的最主要的EDCF 1 ET的结构 ET有三种异构体 ET 1 ET 2和ET 3 分别由三种ET基因决定 各由21个氨基酸残基构成 2 ET的合成 ET 1 微血管和大动脉的VEC 平滑肌 大脑 心脏 肾的系膜细胞和气管与支气管的上皮细胞 ET 2 来源于肾与小肠 ET 3 大脑 肾上腺皮质 小肠 肾和胰腺 以脑为主 ET 1基因表达最初形成的为内皮素原前体 212AA残基 切除信号肽后形成内皮素原 在内肽酶作用下生成无活性的38肽 人 或39肽 猪 的 大内皮素 bigET 1 bigET 1在内皮素转化酶 1的作用下使在羧端裂解 色 缬 键成为活性ET 1 VEC分泌的bigET 1可进入血浆 在细胞外间隙转化为ET 1 再作用于平滑肌细胞 内皮源性血管收缩因子 EDCF 1 内皮素 3 ET的受体 有三种ET受体 ET A受体 ET B受体和ET C受体 ET 1的受体为ET A和ET B型 ET 2受体为ET A型 ET 3的受体为ET C和ET B AGTII ADH 凝血酶 IL 1 多种生长因子以及缺血 缺氧 儿茶酚胺水平增高等促进ET 1的产生或受体表达 NO ANF 亚硝酸化合物与PGI2及PGE2能抑制ET 1的产生和释放 内皮源性血管收缩因子 EDCF 1 内皮素 4 ET对舒缩血管的作用 ET 1结合于SMC的ET A受体后 SMC膜的Ca2 通道开放 并引起PLC和PLD激活 产生第二信使IP3和DG 细胞的Ca2 通道开放和IP3引起的Ca2 流 胞内Ca2 浓度迅速增高 导致细胞的收缩反应 所致缩血管反应较为持久 DG通过激活PKC可促进SMC分裂 增殖 ET 1于SMC和VEC膜上的ET B受体 在SMC引起缩血管反应 在VEC引起舒血管反应 可能与诱导VEC生成NO和PGI2有关 也可能SMC和VEC的ET B属于两类不同亚型 ET的缩血管作用对静脉比动脉更强 其作用能被异丙基肾上腺素 心房利钠因子 三硝基甘油等部分抑制 正常机体血浆ET浓度极低 起局部的或循环激素样作用 与NO共同调节血管的舒缩并使处于动态平衡 对心脏有阳性收缩及变时性作用 该作用可被 及 肾上腺素能 组胺受体的特异性阻滞剂所阻断 ET直接作用于心脏可刺激心房利钠因子 ANF 的释放 ET 1及ET 3在体外能刺激气管 支气管和子宫收缩 内皮源性血管收缩因子 EDCF 1 内皮素 5 ET的其它作用 使肾血流量减少 GFR降低 使钠和钾排出减少 抑制肾素分泌 增强中枢的升压作用 释放ADH VP 和促性激素 使胃和小肠收缩 可引起溃疡和出血 加强肝糖原分解 ET 1能使AGTI转化为AGTII的作用增强 AGTII能诱导醛固酮产生与释放 促进二十烷花生四烯酸的释放 1 低氧诱生的内皮源性血管收缩因子 EDCF1 EDCF1与ET不同 其缩血管作用迅速而短暂 钙离子拮抗剂可阻断其作用 PLA2和脂加氧酶抑制剂阻断则不能 说明它不是AA的代谢产物 内皮源性血管收缩因子 EDCF 2 其他内皮源性缩血管因子 2 EDCF2 指VEC经AA环氧化酶途径产生的一类EDCF 但不是TXA2 AA环氧化酶抑制剂可阻断EDCF2的缩血管反应 外源性花生四烯酸或牵张刺激能诱导EDCF2的产生 PGH2 TXA2及超氧阴离子在某些血管和某些条件下 也能起EDCF2的作用 目前认为NO是最主要的内皮源性血管舒张因子 其次为PGI2和内皮源性超极化因子 EDHF 其他尚有活性氧类和一氧化碳 CO 能起EDRF的作用 内皮源性血管舒张因子 EDRF 1 NO 1 细胞来源 神经原 内皮细胞 心肌细胞 血小板 巨噬细胞和不同肿瘤细胞等 在微生物主要由亚硝酸盐还原酶催化亚硝酸盐使还原生成 在哺乳动物由NO合成酶 NOS 催化生成 其前身物质是左旋精氨酸 L Arg 在NOS作用下经氧化反应 消耗O2和NADPH并生成NO L 胍氨酸和H2O 内皮源性血管舒张因子 EDRF 2 生成途径 cNOS存在于VEC者称NOS3 在神经细胞者称nNOS或NOS1 cNOS是细胞内固有的酶 其基因处于基本的表达状态 并受细胞内Ca2 和Ca2 钙调节蛋白的调控 在切应力或雌激素作用下cNOS表达可上调 NO本身可能是重要的负调节因子 NO的氧化产物NO2 和NO3 也能影响cNOS活性 1 NO 3 NO合成酶 有结构 或基本 cNOS 型和诱生型 iNOS 两类 不同iNOS异构体在肿瘤细胞 干细胞 心肌细胞 平滑肌细胞和巨噬细胞 iNOS可在细菌脂多糖 IFN TNF IL 1等诱导下产生 TGF IL 4 IL 10 糖皮质激素和生长因子可抑制iNOS的诱生 内皮源性血管舒张因子 EDRF NO易于弥散进入血管平滑肌细胞 使鸟苷酸环化酶激活和cGMP增高 使血管舒张 对静脉的作用更明显 VEC诱生NO对血流 血压自平衡调节有生理意义 1 NO 4 VEC产生的NO及其作用 切应力 血管搏动性牵张 缺血或受体介导的各种激动剂 Ach ATP 凝血酶 组胺 5 HT P物质和缓激肽 能诱导VEC产生NO NO能抑制血小板聚集 抑制血小板和单核细胞与VEC间的粘附 作用较短暂 具有抗栓和抗细胞增殖的作用 内皮源性血管舒张因子 EDRF 在中枢神经系统产生的NO可作为神经递质 在炎症反应中大量产生NO具有细胞毒作用 与NO氧化生成大量过氧化亚硝基化合物有关 后者可导致核酸硝基化反应 DNA断裂及细胞的其他损伤 NO既可以被超氧阴离子灭活 实际上是相互灭活 NO与超氧阴离子之间的作用又能产生超氧亚硝酸根 ONOO 后者是强氧化剂 可使蛋白质硝基化和DNA损伤 产生细胞毒作用 2 PGI2 1 PGI2的生成 前列环素 PGI2 是一种AA代谢产物 在PLA2作用下使膜磷脂释放AA 再在环氧化酶 COX 作用下使AA生成内过氧化物PGG2和PGH2 这些内过氧化物在血小板经血栓烷合成酶转变为血栓烷A2 TXA2 VEC能摄取60 80 由血小板产生的前列腺素内过氧化物PGH2 经PGI2合成酶合成PGI2 内皮源性血管舒张因子 EDRF 多种因素能刺激PGI2的合成 NO 成纤维细胞生长因子 PLn 药物阿司匹林和吲哚美辛 消炎痛 等能抑制PGI2的合成 吸烟 FXa 亚油酸和12羟花生四烯酸能抑制PGI2的释放 2 PGI2 2 PGI2的作用机制 PGI2使血管平滑肌舒张和抑制血小板活化的机制 与引起细胞内腺苷酸环化酶激活使cAMP形成增多有关 PGI2的生物半衰期极短 仅数秒 属于在局部释放并起作用的血管活性物质 内皮源性血管舒张因子 EDRF 3 PGI2的作用 PGI2具有强大的扩血管和抑制血小板活化 聚集的作用 故PGI2可与TXA2之间保持一定的平衡状态 在微血管部位对保持血流通畅有十分重要的作用 PGI2还具有刺激NO释放 抑制ET 1生成并减弱其效应 抗心律失常等作用 大剂量PGI2能抑制血小板粘附 抑制SMC增殖 PGI2能诱导PA活性促进纤溶 能促进SMC和巨噬细胞 M 内胆固醇脂水解参与胆固醇代谢 3 内皮源性超极化因子 内皮源性超极化因子 EDHF 的化学本质未明 对EDHF的生物学检测也比较困难 研究表明VEC能分泌EDHF 它可引起血管平滑肌细胞的膜发生超极化反应 进而引起舒血管反应 内皮源性血管舒张因子 EDRF Ach 组胺 P物质和缓激肽等受体依赖性激动剂能使VEC产生和释放EDHF NO和前列腺素在多数血管引起舒血管反应时并不伴有平滑肌细胞膜的超极化变化 应用NOS和 或COX的抑制剂可以阻断NO和PGI2的生成 却不能抑制平滑肌超极化反应所引起的舒张作用 3 内皮源性超极化因子 EDHF不是单一的一种或一类物质 目前有关EDHF的作用 较为重要的认识是 内皮源性血管舒张因子 EDRF 1 作为具有调节血管舒缩功能的EDHF 在不同动物 器官或部位的血管其作用的重要性和敏感性可不同 在鼠颈动脉能产生作为AA的细胞色素单氧化酶代谢产物的EDHF NO能抑制其释放 故当NO生成减少时 它的合成与释放增加就可能是NO释放减少的一种代偿方式 在牛的冠状动脉 由VEC释放的EDHF在生理条件下对对局部血管舒缩有调节作用 在NO合成受损的病理条件下EDHF具有同样重要的调节作用 2 EDHF对血管舒缩功能调节的重要性 冠状动脉比颈动脉更明显 在豚鼠以Ach诱导EDHF 冠状动脉的敏感性大于颈动脉 3 对同一部位的血管 随血管管径缩小 EDHF的作用会显得重要 如在肠系膜血管中 血管变小则NOS的表达和NO作用的重要性降低 而EDHF作用的重要性随之相应提高 2 由血红素经两种